专利名称：高速公路监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高速公路监控系统，尤其涉及一种可以同时实现对高速公路路况和收费广场进行数据监控和图像监控，并可实现远程实时音视频数据采集和同步压缩传输、视频切换和多画面处理，以及对各种高速公路设备进行远程控制的高速公路监控系统。
背景技术：
传统的高速公路监控系统包括数据监控、视频图像监控两个相对独立的分系统(如图6所示)。数据监控系统对车辆检测器、气象检测器、可变情报板等外场设备进行监控，其中，各外场监控设备采集的数据通过调制解调器(MODEM)经独立的低速信道与位于监控中心的MODEM一一对应相连，然后接入多串口卡，再由通信控制机进行不同层面的软件处理，最终与监控网络中的服务器相连(如图7所示)；视频图像监控系统对路况、收费广场和车道亭内收费人员工作情况进行监控，在该系统中，模拟摄像机所采集到的图像，通过光端机传输给视频矩阵切换器，再由控制键盘控制视频矩阵切换器选择相应图像，并经视频分配放大器显示图像，同时进行图像存储(如图8、图9所示)。这种高速公路监控系统有以下缺点(1)各路段注重于对本路段的监控，数据监控系统和视频图像监控系统相互独立，存在信息孤岛现象；(2)接线复杂、层次不清、可靠性差，实时性较低；(3)路况视频监控采用点对点送往中心站的模拟方式，多级调用导致图像质量下降，并且模拟视频不易处理，长时间录像导致录像带耗费大，不便调看和数据共享；(4)光纤资源耗费巨大，扩容困难，远程控制不便，联网监控不易实现；(5)对路况、收费广场等场外监控图像和收费车道及收费亭内监控图像不加分类处理，导致收费车道及收费亭内监控图像占带宽过大，难以传送至中心，故必须在本站另设监控室，耗费人力、财力；(6)路段接入网通信容量浪费较大，155M只用不到10％，而场外图像传输带宽要求较高，需要通过2Mbps速率以上的IP包传输，必须另附绑定多个E1的SDH-IP的协议转换设备。
发明内容
1、发明目的本发明的目的是提供一种可同时实现对高速公路路况和收费广场的数据监控和图像监控，同时进行收费车道及收费亭内音视频监控，并可实现远程实时音视频数据采集和同步压缩传输、视频切换和多画面处理，以及对各种高速公路设备进行远程控制的高速公路监控系统。
2、技术方案为达到上述发明目的，本发明的高速公路监控系统包括监控交换机、监控分中心交换机、图像数据监控单元、主干网和远程终端；还包括图像数据监控网和收费监控网，其中，图像数据监控网包括道路监控图像输入装置、收费广场监控图像输入装置、外场设备和宽带分布式网络单元(简称为W-DMDU)，其中，宽带分布式网络单元包括矩阵切换电路、图像编解码板、计算机、接口模块板和通信控制板，矩阵切换电路通过图像编解码板与计算机连接，接口模块板通过通信控制板与计算机连接，道路监控图像输入装置和收费广场监控图像输入装置分别与矩阵切换电路和通信控制板连接，外场设备通过接口模块板接入通信控制板再与计算机连接；收费监控网包括收费车道及收费亭内图像输入装置、收费亭内语音输入装置、收费车道及收费亭内音视频接入设备和收费监控单元，收费车道及收费亭内图像输入装置和收费亭内语音输入装置通过收费车道及收费亭内音视频接入设备与收费监控单元连接；图像数据监控网中宽带分布式网络单元的计算机和收费监控网的收费监控单元通过监控交换机与图像数据监控单元连接，再通过监控分中心交换机接入主干网，与远程终端通信。
收费监控网的收费监控单元包括监控终端和收费图像存储装置，监控终端一端与收费车道及收费亭内音视频接入设备连接，另一端与监控交换机连接。
道路监控图像输入装置、收费广场监控图像输入装置、收费车道及收费亭内图像输入装置为摄像机。
收费图像存储装置采用与收费监控单元的监控终端相连的视频存储器，亦可称为硬盘录像机，实现对收费图像的长期存储。
图像数据监控网中，宽带分布式网络单元的计算机为嵌入式计算机。
宽带分布式网络单元的图像编解码板为MPEG-2图像编解码板，将道路监控图像输入装置和收费广场监控图像输入装置的视频信号编码成为MPEG-2的数字视频流。
收费监控网的收费车道及收费亭内音视频接入设备采用MPEG-4图像编解码板，将收费车道及收费亭内图像输入装置的视频信号编码成为MPEG-4的数字视频流，同时实现对收费亭内语音信号的音频编码。
3、有益效果本发明的高速公路监控系统主要有以下优点(1)本监控系统接线简单、实时性好、可靠性高并且维护方便；(2)采用宽带分布式网络单元将计算机、TCP/IP协议、图像编码器、RTP/RTCP流媒体实时处理、实现软猫(即用软件实现MODEM功能)、光/CAN/RS等系列接口、并行算法及以太通信平台等有机融为一体，同时对高速公路路况图像、收费广场图像和外场设备的数据进行监控，实现远程实时视音频数据采集和同步压缩传输、视频切换和多画面处理，及高速公路设备远程控制等功能；(3)采用MPEG系列图像编解码板进行音视频信号处理，每路图像的数据带宽为1～10Mbps，既节约了系统带宽，又保证了传输图像的清晰度；(4)收费车道及收费亭内图像监控由收费监控网实现，独立于高速公路路况图像监控和收费广场图像监控，减少了带宽的占用，无需另设监控室，节约了资源。
四
图1是本发明的高速公路监控系统的原理框图；图2是本发明的高速公路监控系统的系统结构框图；图3是具有12块通信控制板和4块图像编解码板的宽带分布式网络单元的结构图；图4是外场视频编码模块流程图；图5是车道亭内监控视频编码模块流程图；
图6是传统监控系统总体结构示意图；图7是传统监控系统数据传输方案示意图；图8是传统监控系统视频传输方案示意图；图9是传统监控系统的图像调用和显示示意图。
五具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明的高速公路监控系统包括监控交换机1、监控分中心交换机2、图像数据监控单元3、主干网4和远程终端5；该系统还包括图像数据监控网6和收费监控网7，其中，图像数据监控网6包括道路监控图像输入装置61、收费广场监控图像输入装置62、外场设备63和宽带分布式网络单元64；所述的宽带分布式网络单元64包括矩阵切换电路641、图像编解码板642、计算机643、接口模块板644和通信控制板645，矩阵切换电路641通过图像编解码板642与计算机643连接，接口模块板644通过通信控制板645与计算机643连接，道路监控图像输入装置61和收费广场监控图像输入装置62分别与矩阵切换电路641和通信控制板645连接，外场设备63通过接口模块板644接入通信控制板645再与计算机643连接；收费监控网7包括收费车道及收费亭内图像输入装置71、收费亭内语音输入装置72、收费车道及收费亭内音视频接入设备73和收费监控单元74，收费车道及收费亭内图像输入装置71和收费亭内语音输入装置72通过收费车道及收费亭内音视频接入设备73与收费监控单元74连接；图像数据监控网6中宽带分布式网络单元64的计算机643和收费监控网7的收费监控单元74通过监控交换机1与图像数据监控单元3连接，接入其中的图像视频服务器31、监控数据服务器32和监视计算机33，再通过监控分中心交换机2接入主干网4，与远程终端5通信。
收费监控网7的收费监控单元74包括监控终端741和收费图像存储装置742，监控终端一端与收费车道及收费亭内音视频接入设备73连接，另一端与监控交换机1连接。
道路监控图像输入装置61、收费广场监控图像输入装置62、收费车道及收费亭内图像输入装置71为摄像机。
收费图像存储装置742为视频存储器，亦可称为硬盘录像机，实现对收费图像的长期存储。
宽带分布式网络单元64的计算机643采用嵌入式计算机。
如图2所示，在高速公路的监控分中心中设有宽带分布式网络单元(W-DMDU)和收费车道及收费亭图像监控单元；路况及收费广场摄像机组与宽带分布式网络单元的视频编码板连接，车辆检测器、气象检测器、可变情报板等外场设备与宽带分布式网络单元的通信控制板连接；嵌入式计算机将图像信号和数据信号处理后传输至交换机，该交换机为监控三层交换机，可取百兆速率；收费车道及收费亭图像监控单元中，收费车道及收费亭内摄像机与收费监控单元的MPEG-4编解码板连接，MPEG-4编解码板通过收费监控单元与监控三层交换机连接；监控分中心设置有各种监控终端，例如前台监控终端、后台监控终端、监控服务器等，实现对图像和数据信号的监控；上述图像和数据信号经监控三层交换机传输至监控分中心交换机，该交换机亦为监控三层交换机，可取千兆速率，再接入高速公路主干网，供远程终端监控。
如图3所示，宽带分布式网络单元64具有12块通信控制板和4块图像编解码板，矩阵切换电路为16选4矩阵切换电路；图像编解码板642为MPEG-2图像编解码板，实现图像的四选一，即从四幅输入模拟图像中选择其一进行编码，以节约系统带宽。
同样，为了保证图像传输质量，收费监控网7的收费车道及收费亭内音视频接入设备73采用MPEG-4图像编解码板，实现对收费车道、收费亭内图像进行MPEG-4编码，收费车道及收费亭内音视频接入设备73同步实现车道亭内音频编码。
如图4所示，外场视频编码模块实现图像数据监控网的相关功能，主要负责采集路况和收费广场的视频信号，需要具备以下功能(1)根据实际需要进行编码后将编码数据从以太网进行发布；(2)根据网络通畅状况和监控终端的反馈信息及时地调整图像编码的码率；(3)根据需要提供可靠的控制外场设备的IP信道；(4)根据监控终端的需求进行视频编码源的切换，例如能完成16选4的功能。上述功能通过下面的方案实现(1)视频采集和编码部分采用嵌入式系统实现，操作系统为linux，其优点是设备专用，便于升级和维护；(2)根据图像质量的实际需求和编码能力的要求，优先采用MPEG-2编码；(3)视频编码端根据监测到的网络可用带宽和接收端的丢包率，自适应地调整编码码率，从1Mbps到10Mbps动态可调；(4)采用组播方式，可同时有多个终端接收并使用同一路视频数据；(5)提供一个专用端口用于接收视频源切换指令，以完成16路视频源选4路进行编码的功能；(6)提供一个专用端口用于路况监控摄像机的指令转接；(7)为每个外场设备的低速数据通道提供一个专用IP端口用于映射，完成外场设备指令的转接；(8)采用多个进程和专用芯片用于编码参数的调整和视频源的切换；(9)提供一个专用进程用于网络管理的需要，即网管系统的AGENT模块。
如图5所示，收费车道及收费亭内音视频编码模块实现收费监控网的相关功能，主要负责采集收费车道和收费亭的监控音视频信号，需要具备以下功能(1)编码后将编码数据从以太网进行发布；(2)根据网络通畅状况和监控终端的反馈信息及时地调整音视频编码的码率。上述功能通过下面的方案实现(1)视频采集和编码部分采用linux操作系统实现专用设备，保证运行稳定；(2)根据实际的需求和编码能力的考虑，优先选用MPEG-4编码；(3)视频编码端根据监测到的网络可用带宽和接收端的丢包率，自适应的调整编码码率，从几百Kbps到1024Kbps动态可调；(4)采用IP组播方式，可同时有多个监控终端使用同一路视频数据；(5)采用多个进程用于控制每路音视频的编码，从而实现一个模块同时支持24路音视频的实时编码和发布；
(6)提供一个专用进程用于网络管理的需要，用于接收编码参数调整指令和编码进程起停指令。
权利要求
1.一种高速公路监控系统，包括监控交换机(1)、监控分中心交换机(2)、图像数据监控单元(3)、主干网(4)和远程终端(5)；其特征在于该系统还包括图像数据监控网(6)和收费监控网(7)；其中，图像数据监控网(6)包括道路监控图像输入装置(61)、收费广场监控图像输入装置(62)、外场设备(63)和宽带分布式网络单元(64)；所述的宽带分布式网络单元(64)包括矩阵切换电路(641)、图像编解码板(642)、计算机(643)、接口模块板(644)和通信控制板(645)；矩阵切换电路(641)通过图像编解码板(642)与计算机(643)连接，接口模块板(644)通过通信控制板(645)与计算机(643)连接，道路监控图像输入装置(61)和收费广场监控图像输入装置(62)分别与矩阵切换电路(641)和通信控制板(645)连接，外场设备(63)通过接口模块板(644)接入通信控制板(645)再与计算机(643)连接；收费监控网(7)包括收费车道及收费亭内图像输入装置(71)、收费亭内声音输入装置(72)、收费车道及收费亭内音视频接入设备(73)和收费监控单元(74)，收费车道及收费亭内图像输入装置(71)和收费亭内语音输入装置(72)通过收费车道及收费亭内音视频接入设备(73)与收费监控单元(74)连接；图像数据监控网(6)中宽带分布式网络单元(64)的计算机(643)和收费监控网(7)的收费监控单元(74)通过监控交换机(1)与图像数据监控单元(3)连接，再通过监控分中心交换机(2)接入主干网(4)，与远程终端(5)通信。
2.如权利要求1所述的高速公路监控系统，其特征在于，收费监控网(7)的收费监控单元(74)包括监控终端(741)和收费图像存储装置(742)，监控终端(741)一端与收费车道及收费亭内音视频接入设备(73)连接，另一端与监控分中心交换机(1)连接。
3.如权利要求1所述的高速公路监控系统，其特征在于，道路监控图像输入装置(61)、收费广场监控图像输入装置(62)、收费车道及收费亭图像输入装置(71)为摄像机。
4.如权利要求2所述的高速公路监控系统，其特征在于，收费图像存储装置(742)为视频存储器。
5.如权利要求1所述的高速公路监控系统，其特征在于，宽带分布式网络单元(64)的计算机(643)为嵌入式计算机。
6.如权利要求1所述的高速公路监控系统，其特征在于，宽带分布式网络单元(64)的图像编解码板(642)采用基于MPEG-2的图像编解码板。
7.如权利要求1所述的高速公路监控系统，其特征在于，收费监控网(7)的收费车道及收费亭内音视频接入设备(73)采用基于MPEG-4的图像编解码板。
全文摘要
本发明公开了一种可以同时实现对高速公路路况和收费广场的数据监控和图像监控以及收费车道及收费亭内图像监控，接线简单、实时性好、可靠性高并且维护方便的高速公路监控系统。该高速公路监控系统包括监控交换机、监控分中心交换机、图像数据监控单元、主干网和远程终端，还包括图像数据监控网和收费监控网，图像数据监控网包括道路监控图像输入装置、收费广场监控图像输入装置、外场设备和宽带分布式网络单元，其中，宽带分布式网络单元包括矩阵切换电路、图像编解码板、计算机、接口模块板和通信控制板；收费监控网包括收费车道及收费亭内图像输入装置、收费亭内语音输入装置、收费车道及收费亭内音视频接入设备和收费监控单元。
文档编号G07B15/06GK1632840SQ200410103070
公开日2005年6月29日 申请日期2004年12月30日 优先权日2004年12月30日
发明者顾德军, 陈启美, 叶遇春, 王颖健, 王俊, 陈锁柱 申请人:江苏省高速公路经营管理中心